腦類器官是具有類腦細胞型別和結構的自組裝三維聚集體，已成為可用於研究人類神經發育和神經系統疾病的新模型系統。然而，由於培養系統的侷限性，發育模式訊號不足，以及缺乏對大腦發育和功能至關重要的成分，如非神經細胞群和脈管系統，大腦類器官不如真正的人腦成熟和功能強大。為了解決當前大腦類器官技術的侷限性，各種工程平臺，如細胞外基質、流體裝置、三維生物列印、生物反應器、聚合物支架、微電極和生化感測器，已被用於改善神經元的發育和成熟，減少結構異質性，並促進功能分析和監測。近日，

來自韓國延世大學的Seung-Woo Cho團隊概述了克服腦類器官生產和應用中這些侷限性的最新工程技術。

相關論文“

Recent Advances in Brain Organoid Technology for Human Brain Research

”於

2022年12月5日

線上發表於雜誌

《ACS Applied Materials & Interfaces》

上。

首先，作者概括了大腦微環境的工程方法。透過合併非外胚層細胞、融合不同的腦類器官區域、改進用於培養腦類器官的ECM以及提供機械/物理刺激來模擬人腦的實際結構和環境（圖1）。

圖1 大腦微環境的工程方法

之後，作者介紹了近年用於改善類器官培養體系和環境的多種工程策略，包括大規模統一類器官生產平臺（圖2A-B）、改善腦組織建模的生物列印技術（圖2C-D）和擴散改進的平臺與方法（圖3）。

圖2 大規模統一類器官生產的裝置平臺

圖3 腦類器官擴散改善的工程平臺和方法

腦類器官概括了人類神經系統的發展和大腦區域的結構表型，為神經發育和神經疾病提供了重要的見解。然而，使用傳統方法很難監測腦類器官的生理特性，例如電生理活動和神經遞質釋放，這是由於對腦類器官高度複雜的3D結構的低可訪問性。作者介紹了使用電極、生化感測器、光遺傳學和成像技術分析腦類器官行為和疾病狀態的相關研究（圖4），並討論了神經障礙模型和使用人腦類器官進行藥物篩選。

圖4 分析腦類器官的感測和成像方法

最後，作者總結了目前關於“在腦類器官中實現類似於人腦的環境”的幾項研究：（1）整合脈管系統、免疫細胞和膠質細胞，（2）融合特定區域的類器官來代表大腦中的互反神經網路，以及（3）開發具有類似於腦組織的物理性質和功能的ECM。

關於未來的發展方向，作者認為：（1）

腦類器官中可灌注的功能性血管網路仍然不足。

功能性脈管系統對於腦類器官的充分成熟和調節腦內穩態的血腦屏障的建立至關重要。為此，

需要新的策略來促進腦類器官內適當的血管細胞來源的整合或在腦類器官內固有地發育腦血管細胞

。（2）免疫系統的存在對於神經炎症和傳染病的精確建模至關重要。因此，

需要努力在腦類器官中正確實施免疫系統，以概括實際大腦對疾病因素和病原體的反應。

（3）

在不干擾類器官生長或功能的情況下檢測和分析大腦功能的技術需要進步。

文章來源：https：//doi。org/10。1021/acsami。2c17467

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